Синтез карбидов WC и Mo$_2$C механическим сплавлением металлического порошка и углеродных нанотрубок

О. И. Наконечная, Н. Н. Дашевский, Н. Н. Белявина

Киевский национальный университет имени Тараса Шевченко, ул. Владимирская, 60, 01033 Киев, Украина

Получена: 18.03.2018. Скачать: PDF

Механохимическим методом в высокоэнергетической планетарной шаровой мельнице из порошков металлов (размер частиц — около 40 мкм, чистота не ниже 99,6% вес.) и углеродных нанотрубок (УНТ, средний диаметр — 10–20 нм) впервые синтезированы наноразмерные карбиды WC и Mo$_2$C. Исследование характера взаимодействия компонентов шихты в процессе её обработки в мельнице проведено на тестовых образцах (отбор продуктов синтеза — через каждые 1–2 часа) с использованием комплекса рентгеновских методик, а именно: полнопрофильного анализа для первичной обработки дифрактограмм, полученных на аппарате ДРОН-3М; качественного и количественного фазового анализа для определения фазового состава продуктов синтеза; рентгеноструктурного анализа для проверки и уточнения структурных моделей; методики Вильямсона–Холла для определения размеров зёрен синтезированных карбидов и микроискажений их кристаллической решётки. В результате показано, что уже после четырёх часов обработки шихты продуктами синтеза являются высокотемпературные карбиды W$_2$C и Mo$_2$C, кристаллическая структура которых отнесена к структурному типу $\zeta$-Fe$_2$N с вакансиями в подрешётке металла. Дальнейший размол смеси W–УНТ (до 10 часов) сопровождается превращением W$_2$C + УНТ $\to$ WC, а размол смеси Mo–УНТ приводит к её диспергированию. Средний размер зерна WC на конечной стадии обработки составляет $\approx$ 4 нм, а Mo$_2$C — около 12 нм, что свидетельствует о наноразмерности синтезированных карбидов. Рассмотрено влияние УНТ на характер взаимодействия компонентов шихты и показано, что механохимический синтез W/Mo–УНТ является высокоэффективным методом получения карбидов WC и Mo$_2$C, которые благодаря их уникальным механическим характеристикам (высокой твёрдости, износостойкости и прочности) являются основными легирующими компонентами металлических сплавов, широко используемых в металлообработке и других областях промышленности.

Ключевые слова: углеродная нанотрубка, нанокомпозит, механохимический синтез, рентгеновская дифракция.

URL: http://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v40/i05/0637.html

PACS: 61.05.cp, 81.05.Je, 81.07.Bc, 81.07.De, 81.07.Wx, 81.20.Ev


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. Transition Metal Carbides and Nitrides (Ed. L. E. Toth) (New York: Academic Press: 1971).
  2. M. Sherif El-Eskandarany, Mechanical Alloying: Nanotechnology, Materials Science and Powder Metallurgy (Oxford: William Andrew: 2015).
  3. C. Suryanarayana, Progr. Mater. Sci., 46, No. 1: 1 (2001). Crossref
  4. C. Suryanarayana and N. Al-Aqeeli, Progr. Mater. Sci., 58: 383 (2013). Crossref
  5. G. M. Wang, S. J. Campbell, A. Calka, and W. A. Kaczmarek, J. Materials Sci., 32, No. 6: 1461 (1997). Crossref
  6. M. Sherif El-Eskandarany, A. A. Mahday, H. A. Ahmed, and A. H. Amer, J. Alloys Compd., 312, Nos. 1–2: 315 (2000). Crossref
  7. O. Boshko, O. Nakonechna, N. Belyavina, M. Dashevskyi, and S. Revo, Adv. Powder Technol., 28, No. 3: 964 (2017). Crossref
  8. V. K. Pecharsky and P. Y. Zavalij, Fundamentals of Powder Diffraction and Structural Characterization of Materials (New York: Springer: 2009).
  9. M. Dashevskyi, O. Boshko, O. Nakonechna, and N. Belyavina, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 39, No. 4: 541 (2017) (in Ukrainian). Crossref
  10. G. K. Williamson and W. H. Hall, Acta Metallurgica, 1, No. 1: 22 (1953). Crossref
  11. H. Okamoto, J. Phase Equilibria and Diffusion, 29, No. 6: 543 (2008). Crossref
  12. Binary Alloy Phase Diagrams (Ed. T. B. Massalski) (Materials Park, Ohio: ASM International: 1990), vol. 1, p. 861.
  13. N. P. Lyakishev, Fazovye Diagrammy Binarnykh Metallicheskikh Sistem [Phase Diagrams of Binary Metallic Systems] (Moscow: Mashinostroenie: 1996), vol. 1, p. 992 (in Russian).
  14. Y. B. Li, B. Q. Wei, J. Liang, Q. Yu, and D. H. Wu, Carbon, 37: 493 (1999). Crossref